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水下航行器(UUV)推进电机是水下航行器的重要组成部分。推进电机的性能很大程度上决定了航行器的最大航速和最大航行时间。UUV对转永磁电机是一种新型结构的推进电机,在一些水下航行器中得到广泛应用。对于新结构电机,传统的迭代设计方法无法提供快速准确的设计方案。本文借鉴国内外的最新研究成果,采用理论计算以及实验研究相结合的方法,提出了一套快速有效的UUV对转永磁电机多物理场多目标优化设计方法。该方法考虑到了最新的材料技术,加工水平,温升影响和机械结构。(1)研究UUV对转永磁电机的磁场解析模型,利用已有小功率UUV对转永磁电机验证解析模型的准确度。利用解析模型进行UUV对转永磁电机硅钢片设计和电气参数的求解。详细分析了大功率UUV对转永磁电机电流频率较高情况下的铁损耗和铜损耗的分布特点,针对性提出了相应的铜损和铁损计算办法。对于UUV对转永磁电机加工过程中可能出现的制造误差和材料性能误差,进行相应的磁场敏感度分析。(2)利用CFD方法帮助分析UUV对转永磁电机内部旋转部件的对流传热系数。将传热系数和损耗计算值赋予热分析有限元模型,计算电机温升。分析UUV对转永磁电机的温升特点,建立包含UUV尾段舱体在内的等效热阻网络模型。利用建立的热阻网络模型对小功率UUV对转永磁电机的温升进行计算,并和有限元模型进行对比,验证计算精度。研究损耗和传热系数最大误差条件下电机的温升,为绝缘等级提供依据。(3)根据UUV对转永磁电机的设计特点,建立电磁-热-机械模型。选择合适的优化参数,依据这些几何参数就可以快速准确求解出UUV对转永磁电机的电磁性能。并分别利用权重系数多目标PSO,多目标NSGA-Ⅱ和改进的MOPSO等方法对小功率UUV对转永磁电机多目标优化设计,得到Pareto前沿解集。结果表明该设计方法和基于有限元的设计方法相比,优化效率大大提高。利用热阻网络模型帮助选择最终方案。对于由各种参数误差引起的效率和绕组温升灵敏度分析进行了研究。(4)使用该优化设计方法,对200KW大功率UUV对转永磁电机进行优化设计。制造加工实验样机,并设计基于DSP和CPLD的实验样机控制系统。利用UUV对转永磁电机综合测试系统测试电机性能,验证设计电机的性能。